Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние системы мониторинга окружающей среды на объекте хранения и уничтожения химического оружия
1.1. Характеристика объекта хранения люизита и его возможного влияния на население и окружающую среду
1.2. Анализ возможных чрезвычайных ситуаций при организации хранения люизита
1.3. Характер возможных аварийных ситуаций при транспортировке и уничтожении люизита
1.4. Анализ современных методов идентификации и контроля техногенных загрязнений окружающей среды от отравляющих веществ
2. Разработка требований к санитарно-защитной зоне, зоне защитных мероприятий и оценка качества методик прогнозирования
2.1. Требования, предъявляемые к санитарно-защитной зоне объекта хранения и уничтожения химического оружия
2.2. Требования, предъявляемые к зоне защитных мероприятий 70
2.3. Анализ современных методик по их соответствию предъявляемым требованиям по качеству прогнозирования
3. Разработка системы многоступенчатого экологического мониторинга с усовершенствованием критериев оценки рисков и определения зоны защитных мероприятий
3.1. Обоснование математической модели критериев оценки риска объекта хранения и уничтожения химического оружия
3.2. Совершенствование методики определения линейных размеров зоны защитных мероприятий
3.3. Разработка системы многоступенчатого экологического мониторинга и ее сопряжение с АИУС РСЧС
3.4. Опыт внедрения и предложения по эффективному функционированию системы многоступенчатого мониторинга на химически опасных объектах
Заключение. Анализ полученных результатов и выводы 149
Библиографический список основных опубликованных и 152
фондовых источников
- Анализ возможных чрезвычайных ситуаций при организации хранения люизита
- Требования, предъявляемые к зоне защитных мероприятий
- Совершенствование методики определения линейных размеров зоны защитных мероприятий
- Опыт внедрения и предложения по эффективному функционированию системы многоступенчатого мониторинга на химически опасных объектах
Анализ возможных чрезвычайных ситуаций при организации хранения люизита
В отличие от иприта, люизит не имеет скрытого периода действия и обладает более глубоким поражением кожи, но заживающим быстрее. Болезненное раздражение, покраснение и отек кожиначинаются почти сразу после попадания на нее капель люизита. Образование крупных пузырей заканчивается в течение 1-2 суток. Заживление образующихся язв происходит через 15-25 суток. Следовательно, люизит выводит из строя людей быстрее, чем иприт и на более короткий срок.
Степень токсичности люизита при действии в капельножидком и парообразном состоянии на кожу и органы дыхания меньше чем у иприта. Минималь 15 но действующая (зрительная) доза люизита при попадании на кожу 0,05-0,1 мг/см2. Смертельная токсидоза равна 6 мг мин/г. Смертельная кожно-резорбтивная токсидоза через обнаженную кожу составляет 30 мг/кг веса, и через летнюю одежду (обмундирование), если она не снимается в течение 1 часа - 40-80 мг/кг.
При воздействии на глаза больших концентраций паров люизита, тем более его капель, как правило, наступает разрушение роговицы и полная слепота.
При вдыхании воздуха небольшими концентрациями люизита прежде всего наступает раздражение слизистых оболочек носоглотки, проявляющееся в чихании и кашле, затем появляются боли в груди, тошнота, рвота, головные боли и общая слабость. При высоких концентрациях люизита смерть обычно наступает при явлениях паралича центральной нервной системы, судорог и потери сознания.
Вследствие легкости протекания реакцией гидролиза альфа-люизита, последний в природных условиях сравнительно нестоек. В летнее время «срок жизни» (до полного разложения) альфа-люизита на открытом месте определяется одними сутками; в лесу до 2-3 суток; зимой - около одной недели.
Летучесть люизита примерно в 7 раз больше летучести иприта, поэтому люизит значительно менее стоек и создает более высокие концентрации паров над зараженными объектами. Возможные концентрации паров люизита над зараженной местностью даже в зимнее время являются достаточными, чтобы вызывать раздражающие действия, а летом могут привести к смертельным поражениям.
В воде люизит растворяется плохо (около 0,5 г/л), но быстро ею гидроли-зуется, образующиеся в результате гидролиза продукты на длительное время заражают воду. При гидролизе вода при обычной температуре быстро взаимодействует с люизитом с образованием бета-хлорвиниларсиноксида (оксид люизита): С1СН = CHAsCh + Н20 о С1СН = CHAsO + 2НС1 (3) которое представляет собой кристаллическое малорастворимое в воде твердое, белое вещество, токсичное, как и сам люизит.
Растворенный в воде люизит гидролизуется при обычной температуре на 96% в течение 8 минут и полностью в течение 20 минут. Быстро гидролизуется люизит и на влажной почве; зимой он в значительной мере гидролизуется на снегу. Быстрый гидролиз при обычной температуре значительно уменьшает стойкость на местности. Водоемы будут заражаться оксидом на длительное время, при контакте открытых участков тела с зараженной местностью бета-хлорвиниларсиноксида возможны тяжелые поражения. Устойчивость бетта-хлорвиниларсиноксида к воде не позволяет простым кипячением или обработкой водяным паром дегазировать зараженное обмундирование и снаряжение. Добавка соды и аммиака разрушает оксид, обеспечивает полноту дегазации.
В органических растворителях: дихлорэтане, керосине, бензине, спирте и других, а также в жирах и маслах люизит растворяется хорошо. Органические растворители можно использовать для смывания люизита с зараженных поверхностей и для приготовления дегазирующих растворов. Люизит хорошо растворяется также в ряде отравляющих веществ, например, в иприте, хлорпикрине.
Люизит легче, чем иприт, впитывается в кожу, резину и различные пористые материалы (дерево, кирпич и др.), что вынуждает производить немедленное удаление его с зараженных поверхностей и затрудняет их дегазацию. По той же причине средства защиты кожи предохраняют ее от люизита в меньшей степени, чем от иприта, это требует немедленной дегазации средств защиты после работы с люизитом.
Горючесть люизита. При поджигании люизит загорается и горит синеватым пламенем. Это можно использовать для уничтожения люизита и заражения им некоторых предметов (ветоши и т.д.). При этом следует учитывать образование при горении белого мышьяка, последний оседая на окружающей местность, предметах, растительности заражает их, что может привести к отравлению людей и животных.
Проведенный анализ (данные в приложении № 1) физико-географических характеристик района, где расположен объект хранения ОВ, показал, что активных проявлений физико-геологических процессов в районе зоны защитных мероприятий, устанавливаемой вокруг базы хранения ОВ, не отмечено. Анализ климатических условий свидетельствует о неблагоприятном характере ветрового режима для рассеивания загрязняющих веществ.
Из анализа свойств люизита как отравляющего вещества следует, что люизит обладает быстрым физиологическим действием (без скрытого периода), и при отсутствии источников первичной информации постоянного и непрерывного действия не позволит своевременно выявлять факт крупномасштабной аварии и своевременно провести экстренную эвакуацию населения проживающего в зоне защитных мероприятий.
Люизит обладает небольшой стойкостью на местности, летом до суток на открытой местности, в лесу до 2-3 суток, и зимой около недели, что, тем не менее, требует проведения дегазации. Люизит плохо растворяется в воде, но быстро гидролизуется, образующиеся продукты гидролиза на длительное время заражают воду. Выше изложенный материал дает возможность провести оценку возможных чрезвычайных ситуаций при организации хранения, уничтожения и транспортировки люизита.
Требования, предъявляемые к зоне защитных мероприятий
Перенос облака ветром обуславливает распределение примеси в определенном пространстве, линейные размеры которого по координатным осям зависят от типа примеси и граничных значений показателей поражающих факторов (концентрация, доза, плотность отложения, токсоэффект). Ветер выступает в качестве естественного носителя. Облако примеси переносится в направлении ветра с его средней скоростью, определяемой от поверхности земли до верхней кромки облака. Поскольку в случае рассеяния невесомой примеси она может занять весь слой перемешивания, то возникает необходимость учета всей совокупности показателей, характеризующих данный процесс. К основным из них относятся: высота слоя перемешивания пограничного слоя атмосферы (ПГСА) и его приземного подслоя (ПСА), скорость и направление ветра в слое от поверхности земли до высоты пограничного слоя атмосферы, скорость и направление геострофического ветра, параметр Кориолиса (характеризует влияние отклоняющей силы вращения Земли). Поскольку высота пограничного слоя атмосферы и приземного слоя атмосферы не являются постоянными величинами, а зависят, помимо прочих условий, от вертикальной устойчивости воздуха, то вполне естественно возникает необходимость ее учета.
Деформация облака примеси объясняется тем, что скорость ветра с высотой растет, а высота облака невесомой примеси в процессе распространения увеличивается. Поэтому скорость переноса верхних слоев облака все время увеличивается, эти слои будут выдвигаться вперед, деформируя облако по вертикали. Помимо вертикальной деформации будет иметь место горизонтальная деформация, обусловленная изменением направления ветра с высотой (от направления приземного ветра до направления геострофического ветра). Для учета влияния данного процесса на рассеяние примесей в атмосфере необходим аналогичный набор исходных показателей. Рассеяние АХОВ, как и любой другой примеси в атмосфере, сложный комплексный процесс, который в общем случае включает и перенос облака ветром, деформацию облака, турбулентную диффузию примеси и обеднение облака.
Перенос облака ветром обуславливает распределение примеси в определенном пространстве, линейные размеры которого по координатным осям зависят от типа примеси и граничных значений показателей поражающих факторов (концентрация, доза, плотность отложения, токсоэффект). Ветер выступает в качестве естественного носителя. Облако примеси переносится в направлении ветра с его средней скоростью, определяемой от поверхности земли до верхней кромки облака. Поскольку в случае рассеяния невесомой примеси она может занять весь слой перемешивания, то возникает необходимость учета всей совокупности показателей, характеризующих данный процесс. К основным из них относятся: высота слоя перемешивания пограничного слоя атмосферы (ПГСА) и его приземного подслоя (ПСА), скорость и направление ветра в слое от поверхности земли до высоты пограничного слоя атмосферы, скорость и направление геострофического ветра, параметр Кориолиса (характеризует влияние отклоняющей силы вращения Земли). Поскольку высота пограничного слоя атмосферы и приземного слоя атмосферы не являются постоянными величинами, а зависят, помимо прочих условий, от вертикальной устойчивости воздуха, то вполне естественно возникает необходимость ее учета.
Деформация облака примеси объясняется тем, что скорость ветра с высотой растет, а высота облака невесомой примеси в процессе распространения увеличивается. Поэтому скорость переноса верхних слоев облака все время увеличивается, эти слои будут выдвигаться вперед, деформируя облако по вертикали. Помимо вертикальной деформации будет иметь место горизонтальная деформация, обусловленная изменением направления ветра с высотой (от направления приземного ветра до направления геострофического ветра). Для учета влияния данного процесса на рассеяние примесей в атмосфере необходим аналогичный набор исходных показателей. Турбулентная диффузия является следствием турбулентного состояния атмосферы. Она приводит к увеличению размеров облака примеси во всех направлениях в процессе переноса. В результате этого объем облака увеличивается, а концентрация примеси в нем уменьшается. Для описания особенностей данного процесса в первую очередь необходим учет турбулентного режима слоя перемешивания, который в свою очередь зависит от температурной стратификации атмосферы и топографии местности.
В случае отсутствия данных о структуре турбулентности возникают затруднения в выборе параметров рассеяния (коэффициентов диффузии при использовании полуэмпирического уравнения, дисперсией координат при использовании статистической теории турбулентной диффузии). Поэтому естественным выходом из данного положения является использование последних достижений статистической теории в переменных Лагранжа, позволяющей получить эти данные расчетным путем на основе результатов измерения метеорологических величин в приземном подслое.
К основным турбулентным характеристикам слоя перемешивания относятся: скорость трения (и ), вертикальная (5W ), продольная (8U") и поперечная (5V 2) составляющие турбулентной энергии, скорость диссипации (г) кинетической энергии турбулентности в тепло. Данные характеристики также не являются постоянными величинами и изменяются в вертикальном направлении. Для их определения дополнительно требуются данные о параметрах шероховатости (микро и мезо) и положении облака примеси (его верхняя и нижняя границы).
Обеднение облака (уменьшение в нем концентрации примеси) обусловлено оседанием частиц под действием собственной силы тяжести, гидродинамическим взаимодействием между оседающими частицами, взаимодействием частиц примеси с подстилающей поверхностью, разложением примеси за счет химических реакций или воздействия внешней среды, вымывания частиц осадками (дождем и снегом).
Совершенствование методики определения линейных размеров зоны защитных мероприятий
Выявление и оценка аварийной химической обстановки - сложный многофункциональный и непрерывный процесс. Исходя из этого, он должен соответствовать следующим основным требованиям: оперативности, непрерывности функционирования и обеспечивать необходимую полноту выявления обстановки.
Под оперативностью понимается возможность получения и преобразования информации в приемлемые для соответствующего звена управления сроки. В качестве основной причины несоответствия существующей системы следует отметить отсутствие единых методов сбора и обработки информации «сверху -донизу», в том числе с использованием вычислительной техники.
Под непрерывностью понимается постоянный процесс функционирования системы сбора и обработки информации с целью своевременного и достоверного выявления и оценки масштабов и последствий аварий (разрушений) на химически опасных объектах. Он не предполагает, как это может показаться на первый взгляд, бесконечного и непрерывного потока данных, а означает наличие нескольких циклов оценки с точки зрения уточнения результатов расчетов по мере поступления фактической информации.
Полнота выявления аварийной химической обстановки должна обеспечить соответствующих должностных лиц всей информацией, необходимой для оценки обстановки и определения системы мероприятий на проведение аварийно-спасательных и других неотложных работ.
Как отмечено выше, эффективность выявления и оценки аварийной химической обстановки находится в тесной взаимосвязи с наличием единых методов сбора, обработки и обобщения информации о химической обстановке. Сущность данного единства должна выражаться в том, что во всех звеньях управления подход к процессу выявления и оценки аварийной химической обстановки должен быть одинаковым. Достичь данного единства можно лишь используя методы, которые с методологической точки зрения должны удовлетворять следующим требованиям: универсальности, т.е. способности методов работать во всем диапазоне реальных условий обстановки; оперативности, т.е. возможности получения необходимой информации в приемлемые сроки и на любом уровне; унифицированности, т.е. наличии единого подхода для всех уровней управления к определению всех частных показателей, их количественной оценке и порядку определения суммарных и обобщенных показателей; системности, т.е. наличии возможности учета влияния всех поражающих факторов на действия населения и боеспособность формирований гражданской обороны (ГО).
Аварийная ситуация может развиваться по достаточно большому количеству различных сценариев. Кроме того, она может характеризоваться многовариантностью поведения АХОВ и наличием частичной неопределенности в исходной информации. В результате, в процессе расчетов, может возникнуть необходимость не только простого воспроизводства возможных последствий, по и поиск условий, при которых они будут наиболее опасными для населения и личного состава формирований ГО. Это, возможно, осуществить при наличии единых методов, базирующихся на научно-обоснованных моделях. Поэтому в качестве дополнительных требований к методическому обеспечению можно отнести следующие: критичность - учет влияния всех основных факторов, условий и параметров; обратимость - возможность решения обратной задачи в интересах определения вариантов наиболее опасных для населения и персонала объектов; прогностическая мощность - возможность достоверного прогнозирования. Единство методов выявления и оценки масштабов и последствий аварий на ХОО достигается: унификацией моделей поражающего действия АХОВ; нормативностью задания перечня исходных данных, необходимых для прогнозирования; стандартизацией требований к реализации моделей и выходной информации; единством состава прогнозируемых частных показателей, необходимых для обобщения и оценки масштабов и последствий аварий на ХОО. Математическое обеспечение выявления и оценки аварийной химической обстановки должно отвечать следующим общим требованиям, предъявляемым к любому математическому обеспечению: использование типовых решений на основе базовых математических моделей, адекватно описывающих процессы, протекающие при несанкционированных выбросах (проливах) АХОВ; унификация и стандартизация математических моделей и методов, используемых для выявления и оценки аварийной химической обстановки; функциональное соответствие целям, задачам и структуре системы выявления и оценки аварийной химической обстановки; оперативность функционирования моделей; адаптация и устойчивость математического обеспечения к изменению потоков и содержанию обрабатываемой информации, составу информационно-расчетных задач и других условий функционирования; совместимость математических моделей по исходным данным и получаемым результатам на различных уровнях управления; обеспечение возможности дальнейшего наращивания. Разработка математического обеспечения должна осуществляться с учетом следующих основных принципов построения: создание предпосылок, способствующих выполнению задач по оценке и выявлению аварийной химической обстановки и выработке предложений по действиям персонала объектов, населения и войск ГО на различных уровнях управления; интеграция математических методов, обеспечивающих управленческий процесс, в целях повышения оперативности, достоверности и обоснованности решений, принимаемых на пунктах управления; иерархическая организация математического обеспечения в соответствии с иерархической структурой системы управления РСЧС.
Кроме общих требований к математическому обеспечению выявления и оценки аварийной химической обстановки можно предъявить и ряд частных требований. Математическое обеспечение должно с высокой степенью достоверности оценивать характер аварии (разрушения), мощность выбросов АХОВ и количество населенных пунктов (объектов), подвергшихся химическому заражению, а также обеспечить прогнозирование необходимых частных показателей.
Опыт внедрения и предложения по эффективному функционированию системы многоступенчатого мониторинга на химически опасных объектах
Объектовый уровень стационарной системы мониторинга воздушной среды внедрен на предприятии ЗАО «Ижмолоко» в 1997-1998 годах.
Работа системы осуществляется непрерывно в дежурном режиме. На цеховом уровне установлена сеть датчиков для осуществления контроля за концентрацией аммиака в месте установки/Информация с датчиков непрерывно передается в измеритель-компаратор. Результаты измерения отражаются на пульте оператора компрессорного цеха. При превышении концентрации 1 ПДК автоматически включается внутрицеховая система оповещения и изменяется цвет лампочки соответствующего датчика на контрольной панели пульта оператора.
На объектовом уровне система представлена пультом диспетчера с компьютером, голосовым модемом, средствами телефонной связи и метеонаблюдения, организация и порядок работы дежурного диспетчера объекта заданы инструкциями по работе с системой мониторинга воздушной среды.
Оповещение осуществляется по объектовой системе оповещения с использованием громкоговорителя и электросирены. При превышении концентрации аммиака выше установленного уровня (4 ПДК) объектовая сирена включается автоматически. Практическое значение заключается в том, что внедренная система объективно контролирует концентрацию аммиака на предприятии ЗАО «Ижмолоко», повышая доверие работающего персонала к безопасности своего труда. Основной результат - высокая оперативность принятия решения по предупреждению и ликвидации ЧС, за счет автоматизации операций по принятию решения и исключения субъективного фактора, что позволяет после начала аварии ускорить в два раза прибытие сил и средств спасения и локализации аварии, реально оказать помощь и многократно уменьшить потери от аварии.
Аналогичная схема системы контроля и сигнализации превышения концентрации химически опасных веществ и система оповещения о ЧС на территории объекта представлена в технико-экономическом обосновании на строительство комплекса по утилизации ракетных двигателей твердого топлива межконтинентальных баллистических ракет стратегического назначения по технологии корпорации «Локхид-Мартин» США в Боткинском районе Удмуртской Республики (том 12 «Инженерно-технические мероприятия гражданской обороны, мероприятия по предупреждению чрезвычайных ситуаций». Объект № 800. Л-02-23647-П3.12.И.2). Внесенные предложения по разделу ИТМ ГО и мероприятия предупреждения чрезвычайных ситуаций значительно повысили безопасность для работающего персонала и окружающей среды.
В проведенных командно-штабных учениях гражданской обороны на тему "Организация взаимодействия сил и средств Удмуртской территориальной подсистемы Российской системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций, взаимодействующих частей Министерства Обороны и частей гражданской обороны МЧС России при пожаре и террористических актах на базе хранения отравляющих веществ в г. Камбарке" в сентябре 1997 года и на опыте данного учения в июне 1998 года проведена командно-штабная тренировка межведомственной комиссии по предупреждению ЧС Правительства Российской федерации, а также на последующие учения в октябре 1999 года в пос. Кизнер и в 2000 году в пос. Пугачеве Полученные результаты были использованы при разработке и согласовании зоны защитных мероприятий, которые были в дальнейшем утверждены Постановлением Правительства Российской Федерации № 329, № 330 от 12 апреля 2000 г. Все проведенные мероприятия составили основу для разработки системы многоступенчатого экологического мониторинга и ее сопряжения с АИУС Российской системы предупреждения чрезвычайных ситуаций. Данные элементы системы мониторинга и предлагаемые автоматизированные рабочие места являются основой для создания объектовых систем контроля раннего обнаружения, идентификации, утечек и выбросов в окружающую среду, что позволило МЧС России принять техническое решение по проекту создания ЕДДС объектов экономики и в малых городах Российской Федерации.
На основе проведенных исследований в ходе учений издано методическое пособие "Работа комиссии по чрезвычайным ситуациям в районе размещения химического оружия Удмуртской Республики при угрозе возникновения чрезвычайной ситуации".
Расходы, предусмотренные на предупреждение ЧС и снижение возможного ущерба от них, оцениваются на порядок меньше расходов, чем на ликвидацию ЧС. Расчетный срок окупаемости совокупных затрат на программные мероприятия, которые определяются на равенство вложенных в реализацию программы средств и величины предотвращенного материального ущерба, составляет 3,5-4 года. Упомянутая выше величина экономической эффективности затрат на реализацию программы (по показателю относительного предотвращенного материального ущерба) может быть достигнута к 2010 году.
Достижение расчетной экономической эффективности программных мероприятий предусматривается при снижении затратной части из бюджета республики. Это обусловлено не только существующей сложной финансово-экономической ситуацией, но и оправданным переходом к новой превентивной стратегии управления при ЧС.
Реализация комплекса превентивных мероприятий позволит, по предварительным оценкам, в 2-3 раза сократить затраты на ликвидацию ЧС по сравнению с величиной предотвращенного ущерба и на 30-40 % уменьшить потери населения от ЧС, а в некоторых случаях - полностью избежать их.
Переход на нормирование допустимых рисков обеспечит снижение на 40-50 % риска для населения, проживающего в районах, подверженных воздействию природных и техногенных опасностей.
